專利名稱：一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種砂帶磨削裝置，特別涉及可編程磨削力控制的柔性砂帶磨削裝置，適用于如汽輪機葉片等復雜曲面型面的磨削加工。
背景技術(shù)：
由于功能特殊性以及現(xiàn)代社會對產(chǎn)品外觀造型越來越高的要求，復雜曲面型面在機械制造業(yè)得到日益廣泛的應用，然而復雜曲面型面的光整加工一直是瓶頸性的工藝難題。近年來，陸續(xù)推出了一些有關(guān)曲面磨削的專利技術(shù)，例如由國家知識產(chǎn)權(quán)局公告的200710019843. 6專利技術(shù)“汽輪機葉片數(shù)控砂帶磨床及其操控方法”以及 200820238217. 6專利技術(shù)“汽輪機葉片數(shù)控砂帶磨床”等砂帶磨削設備，未考慮砂帶磨削是屬于一種柔性磨削，往往在磨削過程中受磨削力波動會在磨削工件表面留下磨削刀痕，不能保證得到磨削工件表面理想的磨削質(zhì)量。由國家知識產(chǎn)權(quán)局公告的200810237238. 0專利技術(shù)“一種帶反饋的壓力可調(diào)的浮動砂帶磨削裝置”，雖然通過由氣缸和補償彈簧組成的調(diào)節(jié)機構(gòu)實現(xiàn)砂帶的恒力磨削，但只能按某特定的磨削力進行磨削，未考慮磨削力會引起磨削工件變形，從而影響磨削加工精度。例如，汽輪機葉片出氣邊厚度較小，希望出氣邊磨削力小于進氣邊磨削力，避免出氣邊磨削變形，影響葉片型面磨削精度。如何針對不同磨削工件或同一工件的不同部位采用不同的磨削力進行磨削，如何根據(jù)磨削加工要求進行磨削力編程及控制，在現(xiàn)有技術(shù)中均未提及。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置，以滿足不同工況條件下砂帶磨削的磨削力編程和控制，保證磨削質(zhì)量。為此本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明所述的砂帶磨削裝置由控制系統(tǒng)、比較單元、比例伺服元件、壓力缸、磨削裝置以及檢測單元組成；由檢測單元所檢測的實際磨削力經(jīng)比較單元與控制系統(tǒng)發(fā)出的指令磨削力進行比較，將其差值轉(zhuǎn)換為控制電流或電壓經(jīng)比例伺服元件進行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，直至壓力缸控制的實際磨削力等于指令磨削力來驅(qū)動磨削裝置進行磨削作業(yè)。本發(fā)明的砂帶磨削裝置包括驅(qū)動電機、基板、動板、磨削輪系及砂帶、磨削力控制裝置、壓力氣缸、補償彈簧和砂帶張緊機構(gòu)組成；磨削輪系包含有驅(qū)動輪、張緊輪、接觸輪以及若干導向輪；驅(qū)動電機和驅(qū)動輪固定于基板，接觸輪、張緊輪固定于動板；動板與基板是通過兩根等長連桿所構(gòu)成的平行四連桿機構(gòu)的鉸鏈連接；壓力氣缸固定于磨削裝置的基板上方，補償彈簧一段固聯(lián)于基板，一段固聯(lián)于動板。在上述基礎上，本發(fā)明的磨削力控制裝置是按照下式實現(xiàn)磨削力的平衡 F段+F彈.cosθ=F重-F路式中，&為氣缸控制壓力；4為補償彈簧 力為動板系統(tǒng)重力；&為磨削力4力補償彈簧與垂直軸的夾角。由于磨削過程動板相對于基板屬微量移動調(diào)節(jié)，因而可將補償彈簧力視為常量， 并可設置使之滿足
即磨削力等于系統(tǒng)控制力，其方向與系統(tǒng)控制力方向相反。在上述平衡條件下，若接觸輪驅(qū)動的砂帶磨削量較小，導致實際磨削力小于系統(tǒng)
控制力，即％ < -Fe，此時磨削裝置在系統(tǒng)控制力作用下，由壓力氣缸的輸出桿驅(qū)動著的
動板并推動著磨削接觸輪向下移動。隨著動板的向下移動，一方面使壓力氣缸腔體內(nèi)的容積空間加大，導致氣缸腔體內(nèi)的壓力減小，在氣動控制回路中的壓力檢測元件檢測到系統(tǒng)壓力的變化，經(jīng)與指令壓力比較，通過比例伺服元件使系統(tǒng)壓力迅速恢復到所要求的控制
壓力；另一方面由于動板帶動磨削接觸輪下移，導致砂帶磨削深度增加，磨削力增大，即4
> -Fw ,又迫使動板上移，直至滿足4 = -Ffi平衡條件，此時由壓力氣缸輸出桿帶動氣缸活
塞上移，使氣缸腔體內(nèi)的容積空間減小，系統(tǒng)控制壓力增加，再經(jīng)比例伺服閥的調(diào)節(jié)作用， 使系統(tǒng)控制壓力達到新的平衡。本發(fā)明的任意磨削點指令磨削力通過二維或三維插值運算求取，即在被磨削工件表面幾個已知關(guān)鍵點處給定所需磨削力大小，然后根據(jù)已知關(guān)鍵點坐標值以及給定的磨削力，通過二維(平面或平坦表面)，三維(三維曲面)坐標插值運算求取任意磨削點的磨削力。本發(fā)明的張緊輪設置在磨削砂帶的緊邊，在砂帶緊邊的導向輪軸上設置手動調(diào)偏機構(gòu)。本發(fā)明的特點是1)通過磨削力控制調(diào)節(jié)裝置對砂帶磨削裝置的磨削力進行實時調(diào)節(jié)，使實際磨削力按指令磨削力進行磨削作業(yè)，保證了工件表面的磨削質(zhì)量；2)指令磨削力可編程實現(xiàn)，可針對不同磨削工件或同一工件的不同部位采用不同的磨削力進行磨削； 3)任意磨削點的磨削力可根據(jù)給定的被磨削表面幾個已知關(guān)鍵點磨削力大小，通過二維或三維插值運算求取，各磨削點磨削力過渡平滑，不會產(chǎn)生磨削力突變現(xiàn)象。


圖1為本發(fā)明控制裝置的控制原理圖。圖2為本發(fā)明磨削裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明磨削裝置磨削力分析簡圖。圖中1基板，2動板，3張緊輪，4導向輪(1)，5導向輪(2)，6導向輪(3)，7導向輪 (4)，8導向輪(5)，9接觸輪，10驅(qū)動輪，11驅(qū)動電機，12下連桿，13補償彈簧，14砂帶，15 上連桿，16張緊彈簧，17張緊氣缸，18壓力氣缸。
具體實施方式
本發(fā)明的砂帶磨削裝置包括驅(qū)動電機11、基板1、動板2、磨削輪系及砂帶14、磨削力控制裝置、壓力氣缸18、補償彈簧13和砂帶張緊機構(gòu)組成；磨削輪系包含有驅(qū)動輪10、張緊輪3、接觸輪9以及若干導向輪；驅(qū)動電機11和驅(qū)動輪10固定于基板1，接觸輪9、張緊輪 3固定于動板2 ；動板2與基板1是通過等長的上連桿和下連桿所構(gòu)成的平行四連桿機構(gòu)的鉸鏈連接；壓力氣缸18固定于磨削裝置的基板1上方，補償彈簧13 —段固聯(lián)于基板1，一段固聯(lián)于動板2 ；其中的磨削力控制裝置由控制系統(tǒng)、比較單元、比例伺服元件、壓力氣缸 18、磨削裝置以及檢測單元組成；由檢測單元所檢測的實際磨削力經(jīng)比較單元與控制系統(tǒng)發(fā)出的指令磨削力進行比較，將其差值轉(zhuǎn)換為控制電流或電壓經(jīng)比例伺服元件進行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，直至壓力氣缸18控制的實際磨削力等于指令磨削力來驅(qū)動磨削裝置進行磨削作業(yè)本發(fā)明的磨削力控制裝置是按照下式實現(xiàn)磨削力的平衡
F +F ‘ COS^=Fsl-Fb
式中，F(xiàn) 為壓力氣缸18控制壓力；、為補償氣彈簧13力；Fil為動板2系統(tǒng)重力為磨削力4為補償氣彈簧13與垂直軸的夾角。由于磨削過程動板2相對于基板1屬微量移動調(diào)節(jié)，因而可將補償氣彈簧13力視為常量，并可設置使之滿足
F^ =F^ / cos θ
則
即磨削力等于系統(tǒng)控制力，其方向與系統(tǒng)控制力方向相反。在上述平衡條件下，若磨削輪9驅(qū)動的砂帶14磨削量較小，導致實際磨削力小于
系統(tǒng)控制力，即4 <_% ,此時磨削裝置在系統(tǒng)控制力作用下，由壓力氣缸18的輸出桿驅(qū)動
著的動板2并推動著磨削輪9向下移動。隨著動板2的向下移動，一方面使壓力氣缸18腔體內(nèi)的容積空間加大，導致氣缸18腔體內(nèi)的壓力減小，在氣動控制回路中的壓力檢測元件檢測到系統(tǒng)壓力的變化，經(jīng)與指令壓力比較，通過比例伺服元件使系統(tǒng)壓力迅速恢復到所要求的控制壓力；另一方面由于動板2帶動磨削輪9下移，導致砂帶14磨削深度增加，磨削
力增大，即、> -Fe，又迫使動板2上移，直至滿足Fe 平衡條件，此時由壓力氣缸18
輸出桿帶動氣缸活塞上移，使氣缸18腔體內(nèi)的容積空間減小，系統(tǒng)控制壓力增加，再經(jīng)比例伺服閥的調(diào)節(jié)作用，使控制壓力達到新的平衡。本發(fā)明的任意磨削點的指令磨削力通過二維或三維插值運算求取，即在被磨削工件表面幾個已知關(guān)鍵點處給定所需磨削力大小，然后根據(jù)已知關(guān)鍵點坐標值以及給定的磨削力，通過二維(平面或平坦表面)，三維(三維曲面)坐標插值運算求取任意磨削點的磨削力。本發(fā)明的磨削輪系中的驅(qū)動輪10、導向輪(1)4和導向輪(2) 5設置于基板1，壓力輪9、張緊輪3以及導向輪(3)6、導向輪(4) 7、導向輪(5) 8設置于動板2上；導向輪(1) 4和導向輪(2)5的設置使砂帶14在主動輪上的包角盡可能大，避免砂帶14在主動輪上打滑；同樣導向輪(3)6和導向輪(5)8的設置使砂帶14在接觸輪上的包角盡可能大，避免砂帶14在接觸輪上打滑；導向輪(2)5和導向輪(3)6支撐的砂帶14部分以及張緊輪3和導向輪(4)7所支撐的砂帶14部分基本平行，保證了動板2相對于基板1移動時，砂帶14的總長度保持不變。
本發(fā)明的張緊輪3設置在磨削砂帶14的緊邊；為了糾正砂帶14跑偏，在砂帶緊邊的導向輪(4)7軸上設置了手動調(diào)偏機構(gòu)。本發(fā)明的砂帶張緊機構(gòu)設置在磨削裝置的動板2上，由張緊輪3、轉(zhuǎn)動桿、張緊氣缸17和張緊彈簧16組成，通過給單向張緊氣缸17通氣，氣缸輸出桿克服張緊彈簧16力伸出，推動轉(zhuǎn)動桿通過張緊輪3使砂帶14張緊；當使張緊氣缸17排氣后，由張緊彈簧16的回復力拉動轉(zhuǎn)動桿，通過張緊輪3將砂帶14松開。
權(quán)利要求
1.一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置，其特征在于，所述的砂帶磨削裝置由控制系統(tǒng)、比較單元、比例伺服元件、壓力缸、磨削裝置以及檢測單元組成；由檢測單元所檢測的實際磨削力經(jīng)比較單元與控制系統(tǒng)發(fā)出的指令磨削力進行比較，將其差值轉(zhuǎn)換為控制電流或電壓經(jīng)比例伺服元件進行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，直至壓力缸控制的實際磨削力等于指令磨削力來驅(qū)動磨削裝置進行磨削作業(yè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置，其特征在于，所述砂帶磨削裝置包括驅(qū)動電機、基板、動板、磨削輪系及砂帶、磨削力控制裝置、壓力氣缸、補償彈簧和砂帶張緊機構(gòu)組成；磨削輪系包含有驅(qū)動輪、張緊輪、接觸輪以及若干導向輪；驅(qū)動電機和驅(qū)動輪固定于基板，接觸輪、張緊輪固定于動板；動板與基板是通過兩根等長連桿所構(gòu)成的平行四連桿機構(gòu)的鉸鏈連接；壓力氣缸固定于磨削裝置的基板上方，補償彈簧一段固聯(lián)于基板，一段固聯(lián)于動板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置，其特征在于，磨削力控制裝置是按照下式實現(xiàn)磨削力的平衡
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置，其特征在于，其任意磨削點的指令磨削力通過二維或三維插值運算求取，即在被磨削工件表面幾個已知關(guān)鍵點處給定所需磨削力大小，然后根據(jù)已知關(guān)鍵點坐標值以及給定的磨削力，通過二維(平面或平坦表面)，三維(三維曲面)坐標插值運算求取任意磨削點的磨削力。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置，其特征在于，張緊輪設置在磨削砂帶的緊邊 ，在砂帶緊邊的導向輪軸上設置手動調(diào)偏機構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置。所述的砂帶磨削裝置由控制系統(tǒng)、比較單元、比例伺服元件、壓力缸、磨削裝置以及檢測單元組成；由檢測單元所檢測的實際磨削力經(jīng)比較單元與控制系統(tǒng)發(fā)出的指令磨削力進行比較，將其差值轉(zhuǎn)換為控制電流或電壓經(jīng)比例伺服元件進行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，直至壓力缸控制的實際磨削力等于指令磨削力來驅(qū)動磨削裝置進行磨削作業(yè)。本發(fā)明的特點是1)通過磨削力控制調(diào)節(jié)裝置對砂帶磨削裝置的磨削力進行實時調(diào)節(jié)，使實際磨削力按指令磨削力進行磨削作業(yè)，保證了工件表面的磨削質(zhì)量；2)指令磨削力可編程實現(xiàn)，可針對不同磨削工件或同一工件的不同部位采用不同的磨削力進行磨削；3)任意磨削點的磨削力可根據(jù)給定的被磨削表面幾個已知關(guān)鍵點磨削力大小，通過二維或三維插值運算求取，各磨削點磨削力過渡平滑，不會產(chǎn)生磨削力突變現(xiàn)象。
文檔編號B24B21/18GK102294640SQ20111023133
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者王隆太, 項余建 申請人:揚州智科光機電技術(shù)開發(fā)中心有限公司